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2024年9月11日，《科学进展》（Science Advances）杂志刊登了程海教授团队沙丽娟副教授等与同济大学翦知泯教授、党皓文教授等的合作研究论文《Triple Oxygen Isotope Reveals Insolation-Forced Tropical Moisture Cycles》。这项研究首次利用浮游有孔虫（G. ruber）的三氧同位素（δ¹⁷O，δ¹⁸O，Δ′¹⁷O）记录，揭示了过去21万年由太阳辐射驱动的热带海洋水汽循环的变化规律。

热带海洋是地球上主要的水汽和热量来源，在全球水汽和降水分布中起着至关重要的作用。水汽循环的时空特征、机制以及过程深刻影响着区域和全球气候系统的演变。然而，热带海洋的水汽循环，尤其是对长期太阳辐射强迫的响应，尚未得到充分研究，主要原因在于缺乏有效的直接记录大气水汽含量的指标。通过分析西太平洋暖池核心区域海洋沉积物中的浮游有孔虫三氧同位素，研究团队首次重建了热带海洋表层水汽含量和相对湿度的历史变化（图1），并探讨了过去21万年的海洋水汽循环过程。研究结果表明，有孔虫Δ′¹⁷O记录及重建的相对湿度和绝对湿度受到岁差周期（约2.3万年）的主导：当北半球夏季日照增强时，该区域湿度增加，说明更多的水汽汇聚于此。此外，西太平洋地区的水汽含量与北半球夏季日照变化高度一致，表明低纬度海洋的水汽循环主要受太阳辐射的控制（图1）。

图 1. 岁差主导的有孔虫Δ′¹⁷O和δ¹⁸O_sw-ive r记录的变化。

这一研究结果得到了模型模拟的验证（图2）。结合其他地质记录（如石笋和海洋浮游有孔虫δ¹⁸O记录），研究指出，西太平洋热带海洋区域增强的水汽汇聚显著加深了南北向和东西向的水循环，进而影响了东亚和南美北部的降雨模式。海洋有孔虫三氧同位素数据不仅为理解过去的亚洲夏季风和类似ENSO变化提供了深入见解，还强调了大气汇聚和海洋水汽对流在塑造热带海洋气候中的作用，揭示了跨太平洋水汽传输和气候响应的复杂性。这些发现证实，从西太平洋到东亚和南美的水汽动态主要受到岁差日照变化的影响。此项研究不仅加深了我们对低纬度海洋湿度动态的理解，也强调了太阳辐射在调控热带水循环中的核心作用，对理解全球气候系统中水汽和潜热传输的机制提供了重要信息。